JP2797250B2 - 投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は投影露光装置のアライメントに関するもので
あり、特に露光波長と異なる波長の光によって投影光学
系を介してアライメントを行なう場合のベースライン計
測に関するものである。 【従来の技術】 従来の投影露光装置におけるマスクと基板との位置合
わせを行なう方法としては、特開昭59−74625号公報で
示されるように、マスクに設けられたマークの投影像を
ステージに設けられたマークの投影像をステージに設け
られた光電検出器によって直接検出するものがある。 【発明が解決しようとする問題点】 上記のような従来の技術によりベースラインを計測す
る際には、以下の不都合があった。 （１）光電検出器がステージ内に配置すると、光電検出
器の調整が困難であった。 （２）光電検出器に電圧／電流がかけられで光電検出器
自体が熱源となり、ステージに光電検出器が設けられて
いるとベースライン計測中にステージが伸縮してしまっ
たり、ステージ上の空気とステージとに熱勾配が生じて
ステージ上でゆらぎを生じさせることとなり、レーザー
干渉計での位置計測に誤差が生じた。 かかる点に鑑みてなされたものであり、ベースライン
計測の精度を向上させ、これによって高精度のアライメ
ントを行なえる投影露光装置を得ることを目的としたも
のである。 【問題点を解決するための手段】 本発明の投影露光装置は、投影光学系（20）を通して
投影された露光波長の光（LA）による像を透過する開口
部を備え、ステージ（22）の一部に取り付けられた基準
マーク部材（FM）と、基準マーク部材にある開口部を透
過した露光波長の光を入射するとともに、その光をステ
ージの外部に導く導光手段（46）と、導光手段によって
導かれた露光波長の光を受光することによって、投影光
学系を通して投影された露光波長の光による基準マーク
部材の位置を表す光電信号を出力する光電検出器（50）
と、非露光波長の照明光（LB）のもとで基準マーク部材
を検出し、光電信号を出力する非露光アライメント検出
器（28−42,58−66）と、非露光アライメント検出器か
らの光電信号と光電検出器からの光電信号に基づいて、
投影光学系の結像面における露光波長の光と非露光波長
の光との照明位置のずれ距離を求める処理部（70）とを
備えたことを特徴とする。 【作用】 本発明では、ステージ外部に配置された光電検出器に
よって光電信号を得て、ベースライン決定に用いられる
第１波長の光によるFMマークとマスクマークとの相対位
置関係が検出されることとなり、光電検出器がステージ
内に配置される場合に比べて装置設計の簡便化を可能と
なる。 また、熱源となる光電検出器がステージ外部に配置さ
れることにより、ベースライン計測中にステージが伸
縮、レーザー干渉計での位置計測に誤差が生じなくな
り、ベースラインの精度が向上する。 【実施例】 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しながら詳細
に説明する。 第１図には本発明の実施例の構成が示されている。 （光学系の構成） まず、露光系について説明する。図において、図示し
ない光源から出力された露光光LA0は、フライアイレン
ズ10及び透過率に対して反射率の小さなハーフミラー12
を透過し、コンデンサレンズ14で集光されてダイクロイ
ックミラー16に入射し、ここで反射されてレチクルステ
ージ18にセットされたレチクルＲに入射するようになっ
ている。上記ダイクロイックミラー16は露光波長を95％
程度反射するような構成となっている。 次に、レチクルＲを透過した露光光LA0は、投影レン
ズ20を介してウェハステージ22上にセットされたウェハ
Ｗに入射し、レクチルＲ上に形成された回路パターンを
ウェハＷ上に結像投影するようになっている。 次に、アライメント系について説明する。図示しない
光源から出力され、平行光線化された露光光LA0と同波
長の光束LAは、シリンドリカルレンズ24及び偏光板26を
透過し、ダイクロイックミラー28で反射されてスキャナ
30に入射するようになっている。偏光板26は、上記ダイ
クロイックミラー16において透過の比率の高い方の偏光
特性（Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分）の直線偏光にする
ためのものである。 スキャナ30に入射した光束LAは、ここで反射され、リ
レー系32によるリレー及びミラー34による反射によって
ビームスプリッタ36に入射するようになっている。ここ
で、スキャナ30は瞳位置に配置され、反射光を結像位置
でスポットとして移動させるように構成されている。 ビームスプリッタ36を透過した光束LAは、複屈折物質
による２重焦点素子38及び対物レンズ40を各々透過して
上述したダイクロイックミラー16に入射するようになっ
ている。２重焦点素子38は、偏光方向によって屈折率が
異なる素子によって形成されている。また、対物レンズ
40は露光波長と後記露光波長と異なる波長のアライメン
ト光LBとの両方に対して色収差補正がされているもので
ある。 ダイクロイックミラー16を透過した光束LAは、レチク
ルＲに入射し、ここを透過した光束LAは投影レンズ20を
介してウェハＷ上を照射するようになっている。ここ
で、レクチルＲ上にはアライメント用のレクチルマーク
RM（図示せず）が載置され、ウェハステージ22の隅適宜
部のウェハＷ面位置には開口を備えたフィデューシャル
マーク（基準マーク）FMが設けられ、同ウェハステージ
22の端部には位置検出用の移動鏡39が設置されている。
なお、光束LAは露光光と同波長であるため、レクチルＲ
のパターンが形成された下面のB1面で結像し、更にウェ
ハＷ表面のA2で結像することとなる。 次に、レクチルＲ上のレチクルマークRM（図示せず）
及びウェハＷ面位置に配置されたフィデューシャルマー
クFMからの検出光の光路を説明する。 上記スキャナ30の作用によってレチクルマークRMにお
いて発生した検出光（正反射光）は、ダイクロイックミ
ラー16で反射され、コンデンサーレンズ14を通過した後
に、ハーフミラー12にて反射されディテクター44に入射
するようになっている。 他方、レクチルＲのガラス面を透過し、ウェハステー
ジ22上のフィデューシャルマークFMを照射した光束LA
は、該フィデューシャルマークFMの開口から入射し、フ
ァイバー46を通り、レンズ48を透過してディテクター50
に入射するようになっている。このディテクター50は、
切り換え装置52によって光源54と切り換えられるように
構成されている。光源54は露光光と同一波長の光を出力
するものであるが、これによってフィデューシャルマー
クFMを発光させ、ディテクター44と組み合わせて投影レ
ンズ20のディストーション等を測定するのに使用され
る。 次に、アライメント光LBの光路について説明する。ア
ライメント光LBはArレーザ光等の露光光と異なった波長
の光束であり、図示しない光源から出力され、シリンド
リカルレンズ42を透過して、ダイクロイックミラー28に
入射するようになっている。 ダイクロイックミラー28に入射したアライメント光LB
は、ここを透過し、その後は光束LAと同じ光路を通って
ウェハＷ上に入射するように構成されている。 ここで、このアライメント光LBは光束LAと異なり露光
波長と異波長であるため、上述した２重焦点素子38及び
対物レンズ40を透過することによって、A1面とB1面の２
ケ所で結像し、A1面、B1面のそれぞれの共役位置である
A2面及びB2面で再び結像するようになっている。従っ
て、本実施例においては、２重焦点素子38と対物レンズ
40とによって、本発明の対物光学系が構成される。 次に、アライメント光LBによるレチクルマークRM（図
示せず）及びフィデューシャルマークFMからの検出光の
光路を説明する。 上述したように、アライメント光LBは、２重焦点素子
38を透過することによって２つの偏光特性の光束とさ
れ、一方はレクチルＲのパターン面であるB1面に、もう
一方はウェハＷ面のA2面に結像する。 上記の光束のうち、レチクルマークRM上に結像した光
束は、上記スキャナ30の作用によってレチクルマークRM
のエッジ部分で散乱され、散乱光としてダイクロイック
ミラー16及び対物レンズ40を透過した後に、２重焦点素
子38の周辺２箇所に設けられたディテクター56に入射
し、更に加算器57で受光された光量を加算するようにな
っている。 他方、ウェハＷ面位置のフィデューシャルマークFM上
に結像した光束は、同マークのエッヂ部分で散乱され、
散乱光として再び投影レンズ20、レチクルＲ、ダイクロ
イックミラー16、対物レンズ40、２重焦点素子38を各々
透過し、ビームスプリッタ36に入射するようになってい
る。ビームスプリッタ36に入射した光束は、ここで偏向
され、リレーレンズ58及び60、偏光板62、瞳共役に配置
された空間フィルタ64を各々透過してディテクター66に
受光されるようになっている。 （制御系の構成） 次に、この実施例の制御部分の構成について説明す
る。 上述したディテクター44,50,66及び加算器57に接続さ
れているディテクター56は、アンプ68を各々介して波形
処理部70に接続されている。この波形処理部70は、入力
データに基いて位置合わせ用の情報を得るためのもの
で、ウェハステージ22上に配置されている移動鏡39を利
用して該ステージの位置を検出する干渉計72からのパル
ス信号が入力されている。 波形処理部70の出力は、制御装置74に対して行なわれ
るようになっており、この制御装置74は上述した干渉計
72から位置情報が入力されるとともに、ステージ駆動用
のモータ76に制御信号が出力されるようになっている。 （実施例の作用） 次に、この実施例の全体的な動作及び作用について、
第２図及び第３図を参照しながら説明する。 図示しない光源から出力された露光波長の光束LAと露
光光と異波長のアライメント光LBは、ダイクロイックミ
ラー28に入射した後は同じ光路を通り、レチクルＲを照
明する。この時、光束LAはレチクルＲ面即ちB1面におい
てシート状のスポット光として結像する。また、上述し
たように、アライメント光LBは、２重焦点素子38及び対
物レンズ40の作用により該B1面とA1面の２箇所でシート
状のスポット光として結像する。 これらのうちB1面において結像した両光束は、レチク
ルＲ上のレチクルマークRMを照射し、該B1面に達する光
路の途中の瞳位置に配置されたスキャナ30の駆動作用に
よって、該レチクルマークRMをスポットとしてスキャン
する。そして、該レチクルマークRMをスキャンすること
によって得られる検出光のうち、光束LAからの検出光を
上述した光路によりディテクター44で受光し、アライメ
ント光LBからの検出光をディテクター56で受光する。 第２図（Ａ）には光束LAまたはアライメント光LBによ
るビームスポットSPとレチクルマークRMとの位置関係が
示され、同図（Ｂ）には光束LAによるビームスポットが
レチクルマークRMをスキャンした時に検出される検出光
の光量とスキャン位置との関係が示され、同図（Ｃ）に
はアライメント光LBによる場合の関係が示されている。 次に、レチクルＲを透過した両光束は、投影レンズ20
を介してウェハＷを照射する。この時、光束LAはウェハ
Ｗ面即ちA2面において結像し、レチクルＲ上方のA1面で
結像したアライメント光LBもまたA2面で結像する。 この時、上記光束の結像する位置近傍にフィデューシ
ャルマークFMが相当するようにウェハステージ22をサー
ボモータ76により移動させ、スポット光として照射した
両光束は、上記レチクルＲ上と同様にスキャナ30の駆動
作用によって、上記レチクルマークRMと同時に該フィデ
ューシャルマークFMをスキャンする。そして、このフィ
デューシャルマークFMからの検出光のうち、光束LAによ
る検出光をディテクター50で受光し、アライメント光LB
による検出光をディテクター66で受光する。 第３図（Ａ）には第２図と同じように投影レンズ20の
結像面に形成されるビームスポットSPとフィデューシャ
ルマークFMとの位置関係が示され、同図（Ｂ）には光束
LAによるビームスポットSPがフィデューシャルマークFM
をスキャンした時に検出される検出光の光量とスキャン
位置との関係が示され、同図（Ｃ）にはアライメント光
LBによる場合の関係が示されている。 上記のように第２図及び第３図に示された情報は、各
ディテクターで受光した検出光をアンプ68によって各々
増幅し、波形処理部70の計測処理によって得る。 次に、第２図に示されているように、露光波長の光束
LAにより検出されたレクチルマークRMの左方の位置をRA
L、右方の位置をRAA、アライメント光LBによる左方の位
置をRBL、右方の位置をRBRとし、また第３図に示されて
いるように、光束LAによるフィデューシャルマークFMの
位置をFA、アライメント光LBによる位置をFBとし、更に
RBL−RALをΔＲL、RBR−RARをΔＲRとして、露光波長の
光と該露光波長と異波長の光とのウェハＷ上でのずれ量
を波形処理部70で （ΔＲL＋ΔＲR）/2−（FB−FA） として求め、このデータを制御装置74に入力する。 そして、このように求めたずれ量を補正しながらアラ
イメント光LBによる位置合わせを行ない、更に投影露光
を行なう。 以上のように実施例によれば、ベースライン計測を行
なう時に、同じレチクルマークRMとフィデューシャルマ
ークFM上をスキャンするスポットを、ほぼ同位置で同時
間にスキャンさせているため、ウェハステージ22の干渉
計72のサーボモータ76によって生ずるゆれ等に依存せず
に高精度のベースライン計測を行なえるという効果があ
る。また、１回のスキャンのみでベースライン計測が行
なえるので計測時間の短縮化が図れるという効果があ
る。 なお、本実施例では２重焦点素子38を用いたが、アラ
イメント光LBと露光光LA0との波長が近似している場合
には、特に２重焦点素子38を設けず、対物レンズ40の色
収差補正だけで対応してもよい。 また、本発明は実施例に限定されるものではなく、同
様な機能を奏するように種々の設計変更が可能なもので
ある。 【発明の効果】 以上の様に本発明によれば、ステージ外部に配置され
た光電検出器によって光電信号を得、ベースライン決定
に用いられる露光波長の光による基準マーク部材とマス
クマークとの相対位置関係が演算手段で演算されること
となり、光電検出器がステージ内に配置される場合に比
べて装置設計の簡便化を可能となる。 また、本発明により、光電検出器に電流／電圧をかけ
ることによる光電検出器自体の熱源をステージ外部に設
けることにより、ベースライン計測中にステージが伸縮
してしまうこと、ステージ上の空気とステージとに熱勾
配が生じてステージ上でゆらぎを生じさせることを防止
し、ベースラインの精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】 【第１図】 本発明の実施例の構成図。 【第２図】 実施例の作用を示す説明図。 【第３図】 実施例の作用を示す説明図。 【主要部分の符号の説明】 20……投影レンズ、30……スキャナ、38……２重焦点素
子、40……対物レンズ、LA……露光波長の光、LB……ア
ライメント光、Ｒ……レチクル、Ｗ……ウェハ、FM……
フィデューシャルマーク

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．露光波長の光によってマスクを照明する露光用照明
   系と、前記マスクのパターンを感光基板上に投影する投
   影光学系と、前記感光基板を載置して２次元に移動する
   ステージとを備えた投影露光装置において、 前記投影光学系を通して投影された前記露光波長の光に
   よる像を透過する開口部を備え、前記ステージの一部に
   取り付けられた基準マーク部材と、 前記基準マーク部材にある開口部を透過した露光波長の
   光を入射するとともに、その光を前記ステージの外部に
   導く導光手段と、 前記導光手段によって導かれた露光波長の光を受光する
   ことによって、前記投影光学系を通して投影された前記
   露光波長の光による前記基準マーク部材の位置を表す光
   電信号を出力する光電検出器と、 非露光波長の照明光のもとで前記基準マーク部材を検出
   し、光電信号を出力する非露光アライメント検出器と、 前記非露光アライメント検出器からの光電信号と前記光
   電検出器からの光電信号に基づいて、前記投影光学系の
   結像面における前記露光波長の光と前記非露光波長の光
   との照射位置のずれ距離を求める処理部と を備えたことを特徴とする投影露光装置。